1.11 Прямой обратимый цикл Карно

Для того, чтобы сравнить насколько эффективен тот или иной цикл необходимо иметь эталонные, или идеальные циклы. Такими являются обратимые циклы Карно. В 1824 г. Сади Карно предложил цикл, которому было присвоено его имя.

Идеальны они потому, что осуществляются чередованием двух идеальных процессов – изотермического расширения и сжатия, и адиабатного расширения и сжатия.

Существуют два источника теплоты: с более высокой Т₁ и источник с более низкой температурой Т₂.

Рис.1.5. Прямой обратимый цикл Карно

Предположим, что в цилиндре под поршнем заключен 1 кг идеального газа с параметрами Р₁, Т₁, v₁. Это состояние характеризуется точкой 1. В этом состоянии к рабочему телу от более высокотемпературного источника подводится теплота q₁. Осуществляется процесс 1-2 изометрического расширения (вся подведённая теплота расходуется на расширение). В точке 2 рабочее тело с параметрами p₂, v₂, T₁ изолируется от источника теплоты. Поэтому при дальнейшем расширении процесс 2-3 протекает адиабатно (dq =0). В конце процесса адиабатного расширения (точка 3) рабочее тело начинает сжиматься при взаимодействии с источником с низкой температурой, и от него отводится теплота q₂. Происходит изотермическое сжатие (процесс 3-4). В точке 4 рабочее тело опять изолируется от источника теплоты, и дальнейшее сжатие и возвращение рабочего тела в первоначальное состояние протекает по адиабате 4-1 с повышением температуры. Цикл замыкается.

Термический к.п.д. прямого цикла определяется:

(1.36)

Анализируя выражение (1.36) приходим к следующим выводам:

1. Термический к.п.д. цикла зависит только от температур горячего и холодного источников и не зависит от природы рабочего тепла.

2. Значение термического к.п.д. цикла тем больше, чем больше разность температур горячего и холодного источников.

3. Термический к.п.д. цикла всегда меньше единицы.

1 .12 Обратный обратимый цикл Карно

Рис.1.6. Обратный обратимый цикл Карно

Из точки 1 с параметрами Р₁, Т₁, v₁ рабочее тело адиабатно расширяется до состояния 2 (процесс 1-2) и соединяется с источником низкой температуры.

Дальнейшее расширение (процесс 2-3) происходит с подводом теплоты q₂ к рабочему телу. Протекает процесс изотермического расширения. В точке 3 тело вновь изолируется от источника теплоты и в процессе 3-4 адиабатно сжимается с повышением температуры от Т₂ до Т₁.

В точке 4 рабочее тело соединяется с источником высокой температуры, и дальнейшее сжатие происходит по изотерме 4-1 с отводом теплоты q₁ к высокотемпературному источнику. Рабочее тело возвращается в свое первоначальное состояние, цикл замыкается.

Холодильный коэффициент обратного цикла Карно равен:

(1.37)

Из анализа формулы (1.37) вытекает следующее:

1. Холодильный коэффициент цикла зависит от температур горячего и холодного источников и не зависит от природы вещества.

2. Значение холодильного коэффициента цикла тем больше, чем меньше разность температур горячего и холодного источников.

3. Значение холодильного коэффициента цикла меняется в пределах от 0 до бесконечности.